§ 7. Электростатическая экранировка. Заземление

Электростатическое поле внутри проводника равно нулю. Этим можно воспользоваться для экранировки электро и радиоприборов от влияния электростатических полей.

Поскольку всюду внутри металлического тела электростатическое поле равно нулю, можно вырезать его внутреннюю область и оставить только оболочку, поместив в нее приборы (рис. 21). 

                  рис. 21                  

Электростатическое поле зарядов, находящихся вне этой оболочки, будет внутри ее точно равно нулю. Таким образом электростатическая экранировка осуществляется просто и эффективно. Нельзя ли, вместо того чтобы окружать металлической оболочкой прибор, окружить ею источник поля - заряд? Пусть оболочка имеет сферическую форму, а заряд +q помещен в ее центр (рис. 22).

рис. 22

 На внутренней поверхности шара возникнет заряд -q, а на внешней - заряд +q. Все три заряда создают точно такое же поле, которое раньше создавал один заряд +q. Следовательно, так заэкранировать заряд нельзя.

 

Можно, однако, изменить ситуацию, соединив металлическую оболочку с земной поверхностью. Заземление приведет к тому, что заряд, находящийся на внешней поверхности металлического шара, почти полностью уйдет в землю. Это объясняется огромной емкостью земного шара (емкости металлической оболочки и Земли относятся как их радиусы, емкость же содиняющего их провода при очень малом диаметре его также очень мала).

Под термином “заземление” понимают либо использование емкости земного шара, либо использование земли как проводящего тела, В линиях электропередачи земля часто заменяет второй провод. Электрическое со-противление между погруженными в землю листами не зависит от расстояния между- ними. Объясняется это тем, что при увеличении расстояния между заземлен-ными листами одновременно увеличивается и площадь “сечения” проводящей среды.

§ 8. Заряд и поле Земли

Земля обладает довольно значительным отрицательным электрическим зарядом. Равный ему положительный объемный заряд содержится в атмосфере, в слое высотой порядка десятков километров. Из-за этого электрическое поле на высотах порядка 10-20 км уже практически равно нулю. Это значит, что поле Земли не похоже на поле заряженного шара, а скорее напоминает ноле в сферическом конденсаторе. У поверхности Земли

1 3 напряженность поля E= 1,3 в/см= 1,3/300 СГСe.

Заряд атмосферы, если считать его сферически симметрично распределенным, не создает никакого поля у самой поверхности Земли. Поле заряда Земли на ее по-верхности равно E=q/R^{2. Поскольку радиус Земли R= 6370.км, а напряженность известна, можно подсчитать заряд Земли q, который оказывается равным 0,6 миллиона кулонов.}

^{Напряженность поля Земли можно измерить экспериментально. Для этой цели можно использовать плоский конденсатор (рис. 23).}

^{рис. 23}

^{Если его пластины не соединены между собой, они приобретают в поле Земли потенциалы, соответствующие тем высотам, на которых находятся*). При этом полный заряд каждой из пластин равен нулю, хотя на внутренних и внешних поверхностях • каждой из 'пластин, разумеется, есть заряды соот-}

^{ветствующих знаков; плотность их равна sigma=E/4Pi. Если теперь соединить пластины через гальванометр, пойдет кратковременный ток и имевшаяся разность потенциалов исчезнет. Соответствующее число электронов перейдет с нижней пластины на верхнюю. Поле пластин будет в точности равно и противоположно по направлению полю Земли. Пластины разрядятся, если повернуть их, поставив вертикально. При каждом повороте через гальванометр - будет идти ток. Прошедший через прибор полный заряд q непосредственно связан с интересующей нас напряженностью поля Земли:}

^{Е = 4sigmaPi = (4Pi/s)q.}

^{Существуют так называемые баллистические гальванометры, отброс которых пропорционален прошедшему через гальванометр заряду. С помощью баллистического гальванометра можно непосредственно измерить заряд конденсатора, а следовательно и напряженность поля Земли.}